Определите способ изоляции проанализировав следующие примеры

Подробное решение параграф 11 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016

Стр. 62. Вспомните.

1. Что такое вид?

Вид – совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации (биохимический, цитологический, гистологический, анатомический и физиологический критерии), имеющих единое происхождение (эволюционный критерий), одинаковый кариотип (цитогенетический критерий), сходное поведение (этологический критерий), свободно скрещивающихся между собой (репродуктивный критерий) и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал обитания (географический критерий) и характеризующихся определенными отношениями с другими организмами и факторами окружающей среды (экологический критерий).

2. Какие виды древних растений и животных вам известны?

Ровно 75 лет назад у берегов южной части Африки была обнаружена самая древняя рыба в мире – латимерия, которая существовала на Земле ещё сотни миллионов лет назад. В честь этого события предлагаем вам узнать о ней и других древних животных и растениях, которые населяют нашу планету и сегодня. Ранее считалось, что эти рыбы вымерли в позднем мелу (100,5 – 66 миллионов лет назад), однако в декабре 1938 года куратор Ист-Лондонского музея (ЮАР) Марджори Кортни-Латимер в улове местных рыбаков обнаружила рыбу с жесткой чешуей и необычными плавниками. Впоследствии выяснилось, что эта рыба жила ещё сотни миллионов лет назад, и представляет собой живое ископаемое.

Поскольку эта латимерия была обнаружена в реке Чалумна, её назвали Latimeria chalumnae. А в сентябре 1997 года в водах возле города Манадо, расположенного на северном побережье острова Сулавеси, ученые заметили второй вид этих рыб – Latimeria menadoensis. Согласно генетическим исследованиям, эти виды разделились 30-40 миллионов лет назад, но различия между ними небольшие.

Гинкго двулопастный. В дикой природе это растение произрастает только на востоке Китая. Однако 200 миллионов лет назад оно было распространено по всей планете, особенно в Северном полушарии, в районах с умеренным климатом и высокой влажностью. В Сибири юрского и раннего мелового периода растений класса гинкговых было так много, что их остатки встречаются в большинстве отложений тех периодов. По убеждению исследователей, осенью того времени земля была буквально покрыта листьями гинкго, словно ковром.

Малый оленёк, или канчиль, – это не только самый маленький (его рост в холке не больше 25 сантиметров, а максимальный вес около 2,5 килограмма), но и самый древний вид парнокопытных на Земле. Эти животные существовали ещё 50 миллионов лет назад, как раз тогда, когда только начали формироваться отряды древних копытных. С того времени канчиль почти не изменилась и больше других видов напоминает своих древних предков.

Миссисипский панцирник. Похожая на аллигатора рыба, миссисипский панцирник – одна из самых древних рыб, живущих сегодня на Земле. В мезозойскую эру её предки населяли многие водоемы. Сегодня миссисипский панцирник обитает в долине нижнего течения реки Миссисипи, а также в некоторых пресноводных озерах США.

Щитни. Эти небольшие пресноводные ракообразные считаются самыми древними существами, живущими сегодня на Земле. Представители этого вида почти не изменились с триасового периода. В то время ещё только появились динозавры. Сегодня эти животные обитают почти на каждом материке, кроме Антарктиды. Однако щитни вида Triops cancriformis наиболее распространены в Евразии.

Метасеквойя глиптостробоидная. Эти хвойные растения были широко распространены по всему Северному полушарию с мела по неоген. Однако сегодня в диком виде метасеквойю можно увидеть лишь в центральной части Китая, в провинциях Хубэй и Сычуань.

Акула-гоблин. О роде Mitsukurina, к которому принадлежит этот вид акул, впервые стало известно благодаря окаменелостям, которые датируются средним эоценом (около 49-37 миллионов лет назад). Единственный ныне существующий вид этого рода, акула-гоблин, обитающая в Атлантическом и Индийском океанах, сохранила некоторые примитивные черты своих древних сородичей, и сегодня является живым ископаемым.

3. Какую роль играет изоляция в процессе эволюции?

Разделение единого вида на несколько изолированных популяций и их дальнейшее существование в разных условиях является основным механизмом видообразования. При этом прекращается обмен генами между популяциями и постепенно накапливаются межпопуляционные различия, приводящие со временем к образованию новых видов. Особое значение имеют различия, изменяющие брачные ритуалы. Они предотвращают скрещивание особей, принадлежащих к разным популяциям, даже при случайной встрече.

Стр. 65–66. Вопросы для повторения и задания.

1. Сравните три основных способа видообразования.

Видообразование в типичных случаях заключается в разделении первоначально единого вида на два или более новых. Это связано с возникновением межпопуляционных изоляционных барьеров и углублением различий между генофондами популяций под действием естественного отбора вплоть до генетической изоляции. Видообразование может происходить за счет постепенного превращения исходного вида в новый либо за счет гибридизации двух видов (например, терн + алыча = слива). Однако гораздо чаще видообразование связано с расхождением (дивергенцией) признаков в популяциях. В итоге вид, ареал которого был разделен на несколько популяций (например, каждая обитает на своем острове), может в итоге образовать несколько новых видов. Этой способ наблюдается, если изменения условий захватывают весь ареал. Еще выделяют гибридогенное видообразование (синтезогенез или сингенез). Этот тип видообразования обычен у растений: по некоторым подсчетам, более 50% видов растений представляют собой гибридогенные формы – аллополиплоиды. Например, культурная слива с 2n = 48 возникла путем гибридизации терна 2n = 32 с алычой 2n= 16 с последующим удвоением числа хромосом. Некоторые виды пикульника, малины, табака, брюквы, полыни, ириса и других растений – такие же аллополиплоиды гибридогенного происхождения.

2. Охарактеризуйте механизмы основных путей видообразования.

Существуют аллопатрический и симпатрический пути образования видов. При,аллопатрическом видообразовании, называемом также географическим, препятствия к скрещиванию первично обусловлены пространственным разобщением популяций. пространственная изоляция приводит к разделению ареала вида на отдельные изолированные зоны (и, как следствие, на изолированные популяции). Если условия обитания в этих зонах будут разные, могут постепенно сформироваться новые виды. Генетическая изоляция развивается вторично. Так, некогда в Австралии существовал один вид попугайчиков рода Расhycephala. В условиях засушливого периода единый ареал разделился на западную и восточную зоны. Со временем особи двух популяций приобрели морфофизиологические различия, которые сделали невозможным скрещивание, когда ареал вновь стал общим. Произошло образование из одного предкового вида двух новых.

При симпатрическом видообразовании (экологическое видообразование) новый вид образуется внутри ареала исходного вида. С самого начала изоляция является генетической. Такое положение создается в результате полиплоидии вследствие нарушений нормального хода мейоза при крупных хромосомных перестройках или межвидовой гибридизации. Аллопатрическое (географическое) видообразование происходит медленно и дает виды, как правило, отличающиеся по морфофизиологическому критерию от вида-родоначальника. Симпатрический (экологический) путь относительно быстрый и дает виды, близкие к исходному по морфофизиологическим показателям.

3. Какую роль играет изоляция в процессе видообразования?

4. Приведите примеры географического и экологического видообразования.

Примером географического видообразования может служить появление различных видов ландыша в результате разделения единого древнего ареала исходного вида ледником на несколько изолированных зон. Так, некогда в Австралии существовал один вид попугайчиков рода Расhycephala. В условиях засушливого периода единый ареал разделился на западную и восточную зоны. Со временем особи двух популяций приобрели морфофизиологические различия, которые сделали невозможным скрещивание, когда ареал вновь стал общим. Произошло образование из одного предкового вида двух новых. Другой пример – знаменитые галапагосские вьюрки. В качестве примера экологического видообразования можно привести различные виды дубов, которые растут на разных почвах: одни – на известняковых, другие – на магматических, третьи – на черноземных. Форели озера Севан распадаются на шесть отдельных популяций, нерестящихся в разных реках и ручьях, впадающих в озеро. Экологическая изоляция может быть следствием воздействия человека: на сенокосных лугах сохраняются лишь те растения, которые успевают отцвести и дать семена либо до сенокоса, либо после. Таким образом, из одной популяции формируются две: одна с раннецветущими растениями, другая – с позднецветущими.

5. Каково значение пространственной изоляции для образования новых видов?

Пространственная изоляция является важнейшей предпосылкой, способной привести к географическому видоообразованию. В качестве факторов пространственной изоляции чаще всего выступают горные массивы и обширные водные пространства. Ими могут также являться пустыни, области с какимилибо специфическими отклонениями в составе почвы (засоление, закисление) и др. Пространственная изоляция может происходить и в отсутствие видимых географических барьеров. Причины ее в таком случае кроются в ограниченных «радиусах индивидуальной активности». Так, у «береговой» рыбы бельдюги Zoares viiparus от устья у конца фьорда уменьшается число позвонков и лучей некоторых плавников. Сохранение изменчивости объясняется оседлым образом жизни бельдюги. Такая изменчивость наблюдается и у подвижных видов животных, например перелетных птиц с гнездовым консерватизмом. Молодь ласточек, например, возвращается с зимовки на место своего рождения и гнездится в радиусе до 2 км от материнского гнезда. Скрещивания у ласточек ограничиваются группой близко селящихся особей. В отличие от разделения барьерами эту разновидность географической изоляции обозначают как разделение расстоянием.

Подумайте и выполните.

1. Объясните, почему в природе чаще встречаются гибриды разных видов растений, чем разных видов животных.

Первая причина меньшего числа гибридов у животных – высокая избирательность оплодотворения, обеспечиваемая целым рядом этологических механизмов изоляции, системой видовых сигналов, используемых для опознания подходящего полового партнера («брачные танцы», запахи, специфические позы и окраска и др.) . В то же время у ветроопыляемых, а частично и у насекомоопыляемых растений опыление может осуществляться в значительной мере неизбирательно, в результате встреча разновидовых половых клеток у растений более вероятна, чем у животных. Вторая причина большего числа гибридов у растений – чаще встречающаяся у растений полиплоидия, что позволяет размножаться межвидовым гибридам (гибрид редьки и капусты, например) . В принципе гибриды растений, даже если они окажутся неспособными к половому размножению, могут выжить за счет вегетативного размножения. Третья и наиболее важная причина – степень канализированности онтогенеза. У растений эволюция пошла по пути увеличения пластичности онтогенеза (очень широкая норма реагирования) , что связано с прикрепленным образом жизни. У животных онтогенез гораздо жестче и «встроиться» в него чужим генам гораздо труднее. Кстати, проще всего соединить разные геномы в культуре клеток, где онтогенез вообще отсутствует. При этом можно соединить самые различные организмы.

Источник

ТЕТРАДЬ ПО КУРСУ «ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ» Учебное пособие для студентов биологических специальностей ВУЗов Тетрадь студента (ки) курса Группа Челябинск

ТЕМА 4. МИКРОЭВОЛЮЦИЯ.

ЧАСТЬ 1. ПОПУЛЯЦИЯ – ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА ЭВОЛЮЦИИ

Микроэволюция – процесс необратимых преобразований генетико-экологической структуры популяций, приводящий к изменениям внутри популяций, формированию полиморфной структуры вида и, в своей высшей степени, к возникновению нового вида . Микроэволюция идет на основе двух противоположных процессов: с одной стороны, мутации и рекомбинации все время пополняют генетическое разнообразие популяции, с другой стороны, отбор, действуя подобно решету, сокращает это разнообразие, уничтожая менее приспособленные особи.

Задание 1. Дайте определение популяции . Что такое «менделевская популяция ( дем )»?

Задание 2. Популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи отдельно взятой особи. Групповые особенности – основные характеристики популяций. К ним относятся: 1) численность; 2) плотность; 3) рождаемость; 4) смертность; 5) прирост популяции; 6) темп роста. Дайте краткую характеристику этих показателей.

Темп роста _____________________________________________________________________

Задание 3. Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции . Структура популяций имеет приспособительный характер. Раскройте сущность основных показателей структуры популяций.

Половая структура ______________________________________________________________

Возрастная структура ______________________________________________________

Пространственная структура ___________________________________________________

Этологическая структура _______________________________________________________

Задание 4. Как известно, совокупность генотипов всех особей популяции образует ее генофонд . Для диплоидных организмов генофонд популяции, насчитывающей N особей, состоит из 2 N гаплоидных геномов. Каждый геном содержит всю генетическую информацию, полученную организмом от одного из родителей. Таким образом, генофонд популяции из N особей включает в себя по 2 N генов каждого локуса и N пар гомологичных хромосом. Исключение составляют половые хромосомы и сцепленные с полом гены, представленные в каждом гетерогаметном организме в одном экземпляре. Необходимым условием эволюции является существование наследственной изменчивости – мутационной и рекомбинационной . Охарактеризуйте эти формы изменчивости. Каково их значение для эволюции?

Мутационная изменчивость ______________________________________________________

Генные мутации _______________________________________________________________

Хромосомные мутации _________________________________________________________

А. Изменения в структуре хромосом _____________________________________________

Б. Изменения в числе хромосом ___________________________________________________

1) Центрическое слияние ________________________________________________________

2) Центрическое разделение _____________________________________________________

3) Анэуплоидия _________________________________________________________________

4) Моноплоидия и полиплоидия ___________________________________________________

Рис. 38. Типы хромосомных мутаций.

Делеция – выпавший из хромосомы участок. Дупликация – удвоение какого-либо участка хромосомы, Инверсии, транслокации – меняют расположение генов в хромосоме. При центрическом слиянии из двух хромосом, соединившихся своими центромерами, образуется одна. Центрическое разделение (диссоциация) – процесс, обратный слиянию: одна хромосома разделяется на две

Рекомбинационная изменчивость _________________________________________________ ________________________________________________________________________________

Перекомбинация хромосом при скрещиваниях ______________________________________

Задание 5. Наряду с наследственной изменчивостью, существует модификационная (фенотипическая) изменчивость. Чем она обусловливается? Что такое « норма реакции генотипа »? Что такое « кривая Гаусса »? Изобразите кривую нормы реакции генотипа с соответствующими обозначениями.

Рис. 39. Кривая нормы реакции

Задание 6. Раскройте смысл понятия « популяционные волны ». Какие факторы обусловливают колебания численности популяции? Каково значение популяционных волн для процесса микроэволюции?

Популяционные волны ___________________________________________________________

Задание 7. Дайте определения понятиям « миграция » (поток генов), « случайный дрейф генов », « эффект основателя ». Какое значение для эволюции имеют эти явления?

Дрейф генов _____________________________________________________________________

Эффект основателя _____________________________________________________________

Задание 8. Определите способ изоляции, проанализировав следующие примеры:

1) ________________________ . Суринамский мукоед (мелкий жучок, часто повреждающий сухие продукты питания) был случайно вывезен человеком из Евразии в Австралию, Южную Америку и Африку. Здесь он великолепно освоился и вошел в число массовых вредителей продовольственных запасов. Карантинные службы на протяжении уже более чем 100 лет тщательно контролируют ввоз и вывоз продуктов.

2) ________________________ . В озере Севан обитают 5 рас форели, размножение которых происходит в разные месяцы.

3) _____________________________ . В результате транслокации группа особей в популяции кузнечика Морабы стала обладателями 17 хромосом (в норме – 15).

4) _____________________________ . Самцы (хорошо видят, слабо светятся) и самки (плохо видят, ярко светятся) глубоководных червей полихет начинают одновременно светиться в период полового созревания. Загрязнение морских вод продуктами распада нефти привело к тому, что часть самок и самцов в популяции стали созревать в разное время.

Рис. 40. Пример географической изоляции: разорванный ареал серны.

В горах Европы возникло 10 рас этого вида. Генетические различия между географическими расами вначале незначительны и еще не переходят границ вида, но в результате дальнейших мутаций, рекомбинаций, а также изменившегося в новом ареале давлении отбора эти генетические различия могут увеличиваться (см. также рис. 37)

Задание 9 (для самостоятельной работы) . У первоцвета в популяциях обнаружен суперген (несколько тесно сцепленных генов), ответственный за определение двух фенотипов цветка: «игольчатый» и «бахромчатый» (рис. 41). У игольчатого длинный столбик пестика и низко расположенные пыльники. Бахромчатый имеет короткий столбик пестика и высоко приподнятые пыльники. Такое взаимно дополнительное расположение пестика и тычинок облегчает перекрестное опыление между этими двумя фенотипами с помощью насекомых, посещающих цветки обоих типов. Какое это имеет значение?

Рис. 41. Два фенотипа первоцвета Primula ( А – игольчатый, Б – бахромчатый)

ЧАСТЬ 2. ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ЭВОЛЮЦИИ

Задание 1. Как бы Вы объяснили факт увеличения плодовитости (увеличение числа детенышей в помете) у многих млекопитающих (зайцев, мышей, полевок) на границах их ареалов?

Задание 2. В чем причина каннибализма и уничтожения взрослыми своего потомства в следующих ситуациях: 1) мучные хрущаки при плотности популяции, превышающей оптимальную, поедают яйца, отложенные самками; 2) окунь в мелких речках и небольших озерах поедает собственных мальков; 3) суслики в неурожайные годы давят новорожденных детенышей или выкидывают их из нор.

Задание 3. Ученые наблюдали, что в годы высокой численности сибирских леммингов, сокол-сапсан начинает атаковать животных прямо на земле (как известно, соколы ловят свою добычу в воздухе). С чем связано такое изменение поведения сокола?

Задание 4. Регуляция численности популяций достигается разными способами: 1) при невысоком темпе роста популяции достаточно деятельности многоядных хищников, у которых данный вид составляет лишь часть рациона; 2) при более высокой плотности популяции регулирующую роль начинают выполнять паразиты; 3) в случае очень высокого темпа роста популяции происходит вспышка инфекционных заболеваний ( эпизоотии ); 4) если популяция достигает предельного показателя численности, в значительной степени обостряется внутривидовая конкуренция. Почему регулирующие факторы действуют в такой последовательности?

Задание 5. Конкуренцию между разными видами организмов легко изучать путем прямого экспериментирования. Рассмотрите рис. 42 и объясните, почему при совместном выращивании в строго контролируемых условиях и при почти постоянном снабжении пищей инфузория аурелия вытесняет соперника – инфузорию туфельку?

Рис. 42. Рост численности инфузорий Paramecium caudatum (1) и P . aurelia (2) в смешанной культуре (А) и в раздельных культурах (Б)

Задание 6. Аллелопатия (выделение организмами в среду биологически активных веществ) – широко распространенное свойство многих растений, грибов и микроорганизмов. Какие группы веществ являются ингибиторами роста других организмов? Какую форму борьбы за существование представляет это явление?

Задание 7. Дайте объяснение с эволюционных позиций следующему выражению: «Отбору подвергаются не отдельные гены, а целостные фенотипы. Фенотип выступает не только объектом отбора, но и выполняет роль передатчика наследственной информации в поколениях».

Задание 8. Изучите рис. 43. Установите соответствие между результатом отбора (из нижеследующего списка) и типом естественного отбора.

1) При длительном произрастании в горах семена горной формы одуванчика утратили способность образовывать долинную модификацию ___________________________________

2) В результате загрязнения атмосферы в популяции березовой пяденицы стали преобладать меланистические (с темными крыльями) особи ____________________________

3) В популяциях усачей ( Evodinus interrogationis ) и божьих коровок ( Harmonia axyridis ) одновременно существуют особи, различающиеся по окраске переднеспинки и надкрылий, а также по количеству и степени слияния пятен на этих частях тела _______________________

4) Микроорганизмы и многие насекомые в последние годы проявляют высокую степень устойчивости к ядохимикатам _____________________________________________________

5) Бабочки парусники Papilio dardanus имеют три мимикрирующие формы, каждая из которых имитирует определенный несъедобный вид бабочек-данаид _____________________

6) На некоторых континентах и островах Земли, в глубоких водах океанов и по сей день существуют виды – реликты давних эпох ____________________________________________

7) Современные лошади и слоны возникли в ходе филетической эволюции под воздействием _______________________ отбора.

8) Заяц Алена (юг Центральной Америки) имеет более длинные уши и конечности по сравнению с полярным зайцем (север Канады) ________________________________________

Рис. 43. Три типа отбора, действующего в популяциях.

О – первоначальное положение точки соответствия оптимального фенотипа оптимальным условиям среды; N – новое положение точки соответствия. Заштрихованная зона – зона сильной элиминации (давление отбора). Цифры 1-3 – последовательность поколений

Задание 9 (для самостоятельной работы). Известно, что мутационная изменчивость у организмов, поставляющая материал для естественного отбора, случайна и ненаправленная. Каким образом тогда микроэволюция приобретает направленный характер?

Задание 10 (для самостоятельной работы). Американский орнитолог Г.Бампас зимой 1898 г. собрал на улицах Манхэттена 327 домовых воробьев, окоченевших от сильного мороза и метели. Воробьев подвергли биометрическому анализу и параллельно отогревали в лаборатории. Выжили только те птицы, признаки которых приближались к средней норме (длина крыла, длина цевки, масса тела и др.). Объясните причину такой элиминации.

Задание 11 (для самостоятельной работы). Одним из результатов возросшего давления отбора может быть специализация организмов к определенному образу жизни или более узкому диапазону условий среды. Почему это может оказаться неблагоприятным для дальнейшей судьбы вида?

Задание 12 (для самостоятельной работы). Десять подвидов (географических рас) популяции Larus argentatus — fuscus (серебристая чайка) образуют непрерывное кольцо, которое тянется от Британских островов через Скандинавию, Россию, Берингов пролив, Аляску и Канаду и возвращается к Британским островам с другой стороны. Если бы подвиды, обитающие в районе Берингова пролива и Аляски, исчезли, то какое это имело бы последствия для популяции?

ЧАСТЬ 3. АДАПТАЦИИ И АДАПТАЦИОГЕНЕЗ

Задание 1. К числу важнейших адаптаций относятся морфологические адаптации, например, разнообразные типы окраски (покровительственные, предостерегающие). Изучите коллекции насекомых, познакомьтесь с иллюстрациями в различных источниках и заполните таблицу 5.

Источник